151789 (621946), страница 3
Текст из файла (страница 3)
2.3 ICCD наблюдения
Существует не так много методов проведения диагностики APP (плазмы атмосферного давления). Один очень мощный инструмент – это ICCD-камера (усиленная нагрузка соединительных устройств). При помощи такой камеры возможно произвести высокоскоростное фотографирование со временем задержки, стремящимся к диапазону наносекунды. Если фотографии реактивного потока выполнены со временем задержки порядка 10-2 – 10-3 секунды, подобно рисунку 2.1 и рисунку 2.4, то и плазма в трубе, и реактивный поток покажутся гомогенными. Это иллюзия. На рисунке 2.7 представлены фотографии со временем задержки 100 наносекунд.
Рисунок 2.7 - ICCD фотографии боковой стороны APPJ (7,5 кВ, 10кГц, синусоидальное входное напряжение)
Из-за низкой интенсивности реактивного потока для получения одной фотографии были скомбинированы 1000 отдельных снимков. Каждый отдельный снимок был синхронизирован с поданным напряжением. Это было возможно из-за периодического характера реактивного потока, и это реальный отдельный снимок, сделанный для всех фотографий на рисунке 2.7, кроме увеличения (zoomed) один.
На рисунке черные пунктирные линии отмечают границы источника. Источник прозрачен по всей своей длине. Это возможно, если сделать разрез в параллели электродов к газовому направлению потока. Влияние на внутреннее поддерживаемое распределение незначительно. Может быть замечено, что реактивный поток не постоянен во времени. Фактически, это «плазменная пуля», выстрелянная из трубы со скоростью, которая намного превышает газовую скорость. На рисунке 2.7 «пуля» проходит расстояние в 7,5 см за 5мсек. Это соответствует скорости 15 км/сек. В среднем расчетная газовая скорость составляет 16,5 м/сек. Вот еще один дополнительный аргумент для утверждения, что это не явление потока.
«Пуля» всегда появляется при повышении наклона кривой поданного напряжения. Еще одно важное открытие состоит в том, что полное истечение времени реактивного распространения является почти независимым от частоты и формы кривой поданного напряжения в исследованном диапазоне (1..50 кГц, синусоидальная, прямоугольная и треугольная форма кривой напряжения). «Пуля» вылетает в течении нескольких микросекунд в одной и той же точке на стадии каждого периода.
Структура «пули» не является строго эллипсоидальной, как кто-либо мог бы предположить по отснятым фотографиям рисунка 2.7. Это явление не является строго периодическим (увеличенная часть рисунка 2.7). То, что является реальным отдельным выстрелом (снимком), обнаруживает ореол сформированной структуры. Но для настоящего открытия нужно больше. Рисунок 2.8 показывает фронтальный вид «плазменной пули» при различных позициях относительно источника.
Рисунок 2.8 - ICCD фотографии фронтального вида APPJ (7,5 кВ, 10кГц, синусоидальное входное напряжение)
На рисунке представлены фотографии со временем задержки 1000*100 нсек. Для получения этих снимков центральная точка (фокус) камеры была совмещена с точной позицией пули. Это было нелегко, так как диафрагма линзы всегда должна быть полностью открыта, и как следствие глубина центра (фокуса) становится очень маленькой, иногда даже меньшей 1 мм при макросъемке.
Если «пуля» располагается вне источника (рисунок 2.8(1)), то картина состоит из интенсивного свечения в центре и более слабого, кольцевой формы свечения вокруг него. Если цветные фотографии представляют сторону реактивного потока, то они сделаны при помощи стандартной камеры (с высоким временем задержки) по аналогии с рисунком 2.1 и рисунком 2.4, всегда тонкая красноватая линия в центре blueish (если blue ish – то синий выход) реактивного потока может быть соблюдена. Это кажется синей точкой, наблюдаемой на переднем плане. Это мог быть жар (свет, излучение) гелия, а кольцо вокруг него могло быть жаром (светом) азота. Для подтверждения данного утверждения (тезиса) должно быть проведено дополнительное спектроскопическое исследование.
На выходе источника (рисунок 2.8(2)) структура «пули» не очень ясна. Было замечено слабое разбросанное свечение. Позади переднего электрода, но все еще в источнике (рисунок 2.8(3)), структура очень ясная и точная. Там «пуля» видна как яркая, светящаяся точка. Между электродами (рисунок 2.8(4)) близлежащая структура та же самая, но в дополнение стены источника освещаются.
На рисунке 2.9 представлены две фотографии плазменной «пули» при ее рассмотрении на подлете к поверхности.
Рисунок 2.9 - ICCD фотографии «плазменной пули», рассмотрение поверхности (7,5 кВ, 10кГц, синусоидальное входное напряжение)
Исследуемый материал был укрепленной стекловолокнистой пластмассой (GPR). Изображение показывает, что светящаяся зона не является гомогенной, но кольцевой. Жар (свет, температура) этого кольца поддерживается до 5 мс.
При изучении материала становится видно, что зона обработки становится намного меньшей, пунктуальна (точна во времени) и не смеет форму кольца. Это сводится к предположению, что реактивный поток переносит заряд (нагрузку), так как заряд (нагрузка), депонированный на поверхности диэлектрика, впоследствии участвует после заряда (нагрузки и распространяет реактивный поток.
Это не было очевидным, так как на реактивный поток нельзя влиять при помощи магнитных полей. Причиной тому может послужить тот факт, что плазма способна перемещаться только в тонкой основной зоне реактивного потока, где присутствует гелий высокой чистоты.
2.4 Электрические исследования
Как доказать, что реактивный поток несет некоторый заряд (нагрузку)? Это значит, как измерить его ток? Каждое измерение вблизи реактивного потока влияло бы на распространение электрического поля и скорости газа в сторону их увеличения. Решение проблемы – это измерение разности токов, протекающих от источника и к источнику. На рисунке 2.10 представлены некоторые результаты.
Рисунок 2.10 - электрические токи реактивного потока(серая кривая-разность токов, черная кривая-напряжение источника) и ICCD фотографии, синхронизированные с текущей разностью потенциалов
Здесь была измерена и синхронизированна разность токов (серая кривая) были сделаны ICCD-фотографии (отдельные снимки со временем задержки 100 нсек). Кривая содержит синусоидальные реактивные токи, состоящие в суперпозиции с одним или несколькими текущими максимумами, в зависимости от рассматриваемой плазмы. На текущей кривой отмечены токи, зафиксированные при спуске затвора ICCD-камеры.
Участку от пункта 1 до пункта 2 на рисунке 2.10 соответствует отрезок времени 1мсек, а между пунктами 2 и 3 лишь 0,5 мсек. Это означает, что скорость «пули» не постоянна на ее пути от источника. Близко от выхода скорость будет намного меньше (приблизительно 3 км/сек), чем в удалении от него (приблизительно 70 км/сек).
Положение и величина плазменной «пули» очень ясно характеризуют разность токов. Если «пуля» располагается очень близко к выходу, то у нее будет относительно большой размер, вследствие чего поток повышается. Если она далеко от выхода и намного меньше, то поток понижается.
В большинстве случаев текущий сигнал имеет различные максимумы (пики), но только один максимум (пик) соответствует «пуле» вне трубы. Существуют различные способы (по различным пиковым значениям поданного напряжения), при которых может быть сохранен устойчивый реактивный поток. Эти способы различаются по оптическому представлению реактивного потока. Например, существует способ, при котором может быть сохранен только реактивный поток, без плазмы между электродами. В этом случае может быть измерен только один максимум (пик) тока в разности токов, вследствие чего потребление мощности реактивного потока будет значительно уменьшено.
2.5 Реактивный поток в атмосфере гелия
Если реактивный поток действительно чисто реактивное явление, то в атмосфере гелия оно должно происходить без всякого движения газа. Для того, чтобы проверить это, выход APPJ-источника был помещен в запечатанную коробку, изготовленную из пластика. В таком случае вся система была изолирована и заполнена гелием до атмосферного давления. После того, как давление достигло атмосферного, газовый поток был остановлен и включены электроды. Результат опыта представлен на рисунке 2.11.
Рисунок 2.11 - APPJ в атмосфере гелия
Это стандартная (перевернутая) фотография, взятая со временем задержки 1 сек. В настоящее время такое явление стабильно в течении лишь нескольких секунд, причиной чему служит плохая изоляция в системе, что приводит к загрязнению атмосферы гелия молекулярными газами из окружающего воздуха.
Итак, реактивный поток действительно является чисто электрическим явлением, которое происходит при начальных состояниях потока в чистой атмосфере гелия.
Как и ожидалось, здесь будет присутствовать только тонкая красноватая линия, всегда наблюдаемая в центре реактивного потока в воздухе. Но это не факт. Близко от выхода распространения потока при открытой освещаемой зоне на расстоянии нескольких сантиметров от нее может быть замечена красная линия, неподалеку от стенки, в направлении которой распространяется реактивный поток.
Другой интересный факт – регулировка реактивного потока при помощи магнитных или электрических полей. Как оказалось, реактивный поток вносит заряд на стенки диэлектрика. Если этого избегают, охватывая стенку металлической лентой, то реактивный поток становится более тонким и более устойчивым. В противном случае реактивный поток имеет тенденцию «танцевать», если поданное напряжение становится высоким, что означает, что его конец спрыгивает с одной точки на другую, предпочитая углы коробки.
2.6 APPJ для смещения
В сотрудничестве с компанией JE PlasmaConsult, fmt был развит новый вид APPJ, который соответствует более сложным поверхностным обработкам, подобно смещению тонких пленок. Цель исследований заключается в том, чтобы примешать мономеры к переносимой смеси (He, Ar или N2), не выпуская реактивную длину, это означает не слишком сокращая глубину отдаленной зоны. Кроме того, нужно избежать смещения самого источника. Эта новая концепция спроектирована на рисунке 2.12.
Рисунок 2.12 - новая коцепция «трубка в трубке»
Хитрость состоит в том, чтобы разделить мономер и переносимую смесь, и в максимально возможной степени уменьшить смешивание обоих газов в отдаленной зоне. Лучшее условие для этого состоит в том, чтобы гарантировать ламинарный отток с равными скоростями обоих газов. Если это достигнуто, то никакие процессы внутри трубок невозможны и смешивание обоих газов происходит в непосредственной близости от поверхности цели.
Сейчас эта концепция работает с He, Ar и N2 как с переносимыми газами. Однако чтобы работать с N2, должны быть проведены некоторые усовершенствования из-за времени жизни газа, изолированного в гранях электрода, не достаточно устойчивых в настоящее время.
Для распространения зоны обработки эта система была присоединена к мультиреактивному источнику, изображенному на рисунке 2.13.
Рисунок 2.13 - мультиреактивный источник
Он состоит из 14 реактивных источников,собранных воедино по принципу «трубка в трубке», и потребляет мощность 60 Вт.
Заключение
Решенные со временем исследования доказали, что кГц-диапазон APPJ-формирования приводит к ограниченной плазменной эмиссии «пули». В соответствии с нашими знаниями это явление было впервые описано в нашей работе. В заключение вот по крайней мере два основных вывода:
1). APPJ-динамика допускает детальное изучение взаимодействия возбужденного первичного газа типа гелия или аргона с молекулярным газом процесса. Она может быть представлена как функция времени и координаты, которая поможет нам шагнуть по пути к лучшему пониманию большого объема материала по разгрузке жара (температуры) атмосферного давления (APGD) с существенной долей молекулярных газов.
2). Периодическое формирование плазменной «пули» позволяет проводить гораздо более точную поверхностную модификацию или смещение тонкой пленки, просто считая количество «пуль», взаимодействующих с данным основанием (подложкой).
Список использованных источников
1.Плазменные ускорители. Под общей редакцией акад.Л.А.Арцимовича, -М.: Машиностроение, 1972. -312с.
Барвинок В.А., Богданович В.И. Физические основы и математическое моделирование процессов вакуумного ионно-плазменного напыления:Монография. - М.: Машиностроение, 1999.-309с.
2.Богданович В.И., Дородное A.M. Некоторые применения плазменных ускорителей в технологии // В кн.: Прогрессивные методы сварки инанесение покрытий в ПЛА. Сб.науч.трудов- Куйбышев: КуАИ, 1987. -С.11-16.
3.Богданович В.И., Барвинок В.А. и др. Основные закономерности получения вакуумных покрытий // Ракетно-космическая техника. - М.: ЦНТИ"Поиск", 1985. -Сер.8. -Вып. 1. -С.21-26.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
